Entrainment von Öltropfen an der Rückwand eines Faserfilters

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Kasper
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227377638

An der Rückseite von Ölnebelfiltern kommt es durch die Gasströmung zum Wiederaustrag (Entrainment) von zuvor abgeschiedenem Ölaerosol. Dadurch entsteht ein ausgedehntes (ca. 0.1 - 2000 µm) sekundäres Tropfenspektrum. Aus Vorarbeiten war bekannt, dass zwei Entstehungsmechanismen in Frage kommen, das Platzen von Gasblasen im Ölfilm an der Rückwand von oleophilen Medien oder das Abreißen von Tropfen an oleophoben Medien. Ausgehend von diesem Kenntnisstand wurden zunächst Methoden entwickelt, um in den Größenbereichen von 0.5 - 10 µm und 170 - 2300 µm sowohl die Entrainmentraten als auch Größenspektren quantitativ zu erfassen. Zusätzlich wurden Beobachtungstechniken für die bildgebende Verfolgung von Tropfenabriss und Blasenbildung entwickelt. Ebenso wurde ein, wenn auch umständliches Verfahren zur Offline-Messung von Tropfen im fehlenden Größenbereich (ca. 10 - 200 µm) eingesetzt. Diese Methoden ermöglichten die Erfassung vollständiger Spektren. Sie bestätigten, dass oben genannten Größenbereiche ausreichen zur Erfassung und Interpretation der Entrainmentkinetik. Ein weiterer Arbeitsteil galt der Absteckung der tatsächlichen Entrainment-Mechanismen als Funktion von Medien-Benetzbarkeit und Betriebsparametern. Durch Kombination von Ratenmessungen und bildgebenden Verfahren konnte ein Zusammenhang zwischen Entrainment und Rückwanddrainage hergestellt werden. Überraschend war, dass an nicht-netzbaren Filtermedien die Tropfenablösung keinen direkten Beitrag liefert, aber indirekt den Anfangsburst auslöst in Form von transienten Vorgängen. Daneben wurde für nicht-benetzbare Medien ein weiterer Ablösemechanismus entdeckt, nämlich das Platzen von Luftblasen im stationären Zustand. Für benetzbare Medien scheint dies der einzige Ablösemechanismus zu sein. Aufbauend auf diesen ersten Erkenntnissen ergibt sich folgende Strategie und Aufgabenstellung: Es muss durch vergleichende Messung von Entrainment- und Blasenbildungsraten (an der Filterrückwand) unter jeweils gleichen Betriebsbedingungen die Vermutung erhärtet werden, dass das Blasenplatzen tatsächlich der dominante/einzige Mechanismus ist. Hierfür sind neben Ratenmessungen insbesondere mehr systematische, quantitative Daten zum Blasenplatzen und dem daraus entstehenden Größenspektrum nötig. Zweites Ziel ist die Gewinnung von Erkenntnissen über bevorzugte Orte der Blasenbildung. Hierfür sind Untersuchungen an unterschiedlich strukturierten Medien und Modellstrukturen (Schaum, Gitter) geplant. Diese werden ergänzt durch Messungen an freien Flüssigkeitsoberflächen, wo Blasengrößen besser gesteuert werden können und daher exaktere Zusammenhänge zur Fragmenttropfenzahl und -größe je Blase liefern. Das wird für die Modellbildung und die Einordnung der Daten an realen Medien notwendig. Insgesamt wird dadurch eine abgerundete Erkenntnis zu den Mechanismen und der Parameterabhängigkeit der Raten erwartet. Es sollten sich auch klare Hinweise auf Minderungsstrategien ableiten lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Benjamin James Mullins, Ph.D.